近期，中国科学院合肥物质院安光所基础科学中心团队在宽带高分辨率太阳光谱遥感探测技术研究方面取得进展。团队研制了一种基于虚像相位阵列（VIPA）的宽带高分辨率光谱辐射计，并首次将其应用于大气水汽垂直廓线反演。相关成果以《基于虚像相位阵列的宽带高分辨率光谱辐射计》（Broadband high-resolution spectroradiometer based on a virtually imaged phased array）为题发表在Optics Letters上。
大气关键成分垂直廓线是指氧气（O₂）、氮气（N₂）、水汽（H₂O）、臭氧（O₃）、二氧化碳（CO₂）及微量痕量气体（如CH₄、NO₂等）随高度的分布特征，通常涵盖地表至平流层甚至更高（0–100 km），其结构受物理过程、化学反应和输送机制共同控制。大气关键成分垂直廓线的准确获取，对大气物理化学研究、环境与气候变化评估等具有重要意义。地基高分辨率傅里叶变换光谱仪具有较高测量精度，但通常体积大、成本高，限制了其在多站点观测网络中的推广应用。现有便携式太阳光谱仪虽具有部署灵活的优势，但往往难以同时兼顾宽光谱覆盖和高光谱分辨率，制约了大气成分垂直廓线的高精度反演。
团队基于新型的VIPA光谱仪，结合太阳跟踪器研发了一种新型的太阳光谱辐射计。该系统在7535–7680 cm⁻¹波段实现了145 cm⁻¹的瞬时光谱覆盖，光谱分辨率为0.023 cm⁻¹，既能大范围采集光谱数据，又能保证检测结果足够精细。核心部件VIPA光谱仪整体尺寸仅约为40 cm × 28 cm × 12 cm，质量约8.5 kg，体积小重量轻，还兼具光谱检测波段范围广、光谱检测精度高、快速响应等优点。团队利用该系统，成功采集了高分辨率大气透过率光谱，并选取7618.6–7619.5 cm⁻¹水汽吸收窗口，结合最优估计算法顺利实现了水汽垂直廓线反演，得出大气中水汽从低空到高空不同高度层含量分布数据。验证了该系统用于大气成分垂直廓线定量反演的可行性。该实验结果充分证明，这款小型化新型太阳光谱辐射计，可以满足大气不同高度各类成分含量的精准定量检测需求，具备可靠的实际业务应用价值。
上述研究成果为关键大气成分的快速、高分辨率、宽光谱遥感探测提供了新的技术途径，并有望为低成本、轻量化、多站点大气观测网络建设提供重要支撑。
硕士研究生邱国俊为论文第一作者，赵卫雄研究员、谈图副研究员为论文通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、 中国科学院合肥物质院院长基金和安徽省自然科学基金等的支持。
利用VIPA光谱仪进行水汽廓线测量实验的原理简图
